CN106541214A - 一种激光切割设备及其切割控制方法和系统 - Google Patents

一种激光切割设备及其切割控制方法和系统 Download PDF

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温琪
刘林
龚成万
张善基
梅领亮
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Abstract

开了一种激光切割设备及其切割控制方法和系统，其中，所述切割控制线系统包括输入模块、控制模块和控制器。输入模块接收用户设置的切割图形；控制模块在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并将增大后的切割图形输出给控制器；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形输出给控制器；控制器则根据接收的切割图形，驱动激光切割头进行切割；由此可知，通过在激光切割中设置一个设定值来调节激光切割图形的大小，以补偿激光光斑造成的偏差，提高了激光切割的精度。

Description

一种激光切割设备及其切割控制方法和系统
技术领域
本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种激光切割设备及其切割控制方法和系统。
背景技术
激光切割是由许多脉冲累加在一起形成的切割轨迹，激光单个脉冲类似于一个小圆孔，圆孔中心就是激光出光的中心位置，也就是X、Y轴运动对应的位置，该圆孔直径即为光斑的宽度。由于激光切割时光斑具有一定宽度，如图1中，黑色部分为光斑线宽，如图2，在切割圆形零件2时，加工出来的实际为圆形零件1；同理在需要切割圆孔2时，切割出来的实际为圆孔3。光斑宽度对切割精度影响较大，特别是在切割小圆时，光斑宽度对圆的大小影响更为明显。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种激光切割设备及其切割控制方法和系统，旨在提高激光切割的精度。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种激光切割设备的切割控制系统，包括：
输入模块，用于接收用户设置的切割图形；
控制模块，用于在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并将增大后的切割图形输出给控制器；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形输出给控制器；
控制器，用于根据接收的切割图形，驱动激光切割头进行切割。
所述的激光切割设备的切割控制系统中，所述设定值为激光光斑的宽度。
所述的激光切割设备的切割控制系统中，所述控制模块还用于在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线。
所述的激光切割设备的切割控制系统中，所述，所述控制器还用于，在激光切割头位于引入线的路径上时启动激光切割头；在激光切割头位于引出线的路径上时关闭激光切割头。
所述的激光切割设备的切割控制系统中，所述控制器为ACS控制器。
一种激光切割设备的切割控制方法，包括如下步骤：
A、接收用户设置的切割图形；
B、在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并根据增大后的切割图形进行切割；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并根据减小后的切割图形进行切割。
所述的激光切割设备的切割控制方法中，所述设定值为激光光斑的宽度。
所述的激光切割设备的切割控制方法中，所述步骤B还包括：在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线；激光切割头在所述引入线的路径上启动，在引出线的路径上关闭。
一种激光切割设备，包括如上所述的激光切割设备的切割控制系统。
有益效果：
本发明提供了一种激光切割设备及其切割控制方法和系统，其中，所述切割控制线系统包括输入模块、控制模块和控制器。输入模块接收用户设置的切割图形；控制模块在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并将增大后的切割图形输出给控制器；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形输出给控制器；控制器则根据接收的切割图形，驱动激光切割头进行切割；由此可知，通过在激光切割中设置一个设定值来调节激光切割图形的大小，以补偿激光光斑造成的偏差，提高了激光切割的精度。
附图说明
图1为现有技术中激光切割圆时，光斑组成圆形的示意图。
图2为现有技术中激光切割圆形零件或圆形孔时，实际切割图形与理论切割图形的示意图。
图3为本发明提供的激光切割设备的切割控制系统的结构框图。
图4为本发明提供的激光切割设备的切割控制系统中，外引线的示意图。
图5为本发明提供的激光切割设备的切割控制系统中，内引线的示意图。
图6为本发明提供的激光切割设备的切割控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种激光切割设备及其切割控制方法和系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种激光切割设备，包括切割控制系统。请参阅图3，所述激光切割设备的切割控制系统包括：输入模块10、控制模块20、控制器30、激光切割头40、X轴电机50、Y轴电机60和Z轴电机70。所述输入模块10通过控制模块20连接控制器30的输入端，所述控制器30的输出端连接激光切割头40、X轴电机50、Y轴电机60和Z轴电机70。
所述输入模块10，用于接收用户设置的切割图形以及该切割图形的边界属性。所述边界属性包括外边界和内边界。切割图形时，最外围的闭合图形定义为外边界，内部的都为内边界。
所述控制模块20，用于在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并将增大后的切割图形输出给控制器30；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形输出给控制器30。所述设定值可根据用户的需求进行设置。
具体的，所述控制模块20，用于自动识别所述切割图形为内边界还是外边界；在所述切割图形为外边界时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，将增大后的切割图形生成控制器30可执行的ACSPL+控制指令代码，写入到控制器中30；在所述切割图形为内边界时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形生成控制器30可执行的ACSPL+控制指令代码，写入到控制器中30。由此可知，用户只需输入切割图形尺寸形状以及边界属性即可，非常方便。
所述控制器30，用于根据接收的切割图形，驱动激光切割头40进行切割。
由此可知，通过在激光切割中设置一个设定值来调节激光切割图形的大小，以补偿激光光斑造成的偏差，提高了激光切割的精度。
本实施例中，所述切割图形为圆形。所述设定值为激光光斑的宽度。换而言之，在切割圆形零件时，将圆形零件的设计半径增大1/2倍激光光斑宽度后，再进行切割，这样切割出来的零件的实际尺寸与其设计尺寸相符。在所述切割图形为产品内部的圆孔时，将圆孔的设计半径减小1/2倍激光光斑宽度后，再进行切割，这样切割出来的圆孔的实际尺寸与其设计尺寸相符。由此克服了激光光斑的影响。当然，在其他实施例中，所述切割图形可以是三角形、四边形、多边形以及由圆弧和直线组成的其它不规则图形等，本发明不一一赘述。
所述控制器优选为ACS控制器，所述ACS控制器可实现四轴的控制，并集成了三个数字驱动，每个驱动均可连接直线电机、交流伺服和直流无刷/有刷电机，同时支持正/余弦编码器和高速增量式编码器，通过ACS控制器调试软件可实现内部使用ACSPL+多任务运动控制语言进行编程，软件包含示波器能够实时的监控数据判断系统的稳定性；工控机内安装设计软件与ACS控制器通过Ethernet通讯方式进行连接。工控机内的设计软件包括有所述输入模块10和所述控制模块20。
所述X轴电机50和Y轴电机60构成十字平台，优选的，所述X轴电机50和Y轴电机60均为直线电机。所述Z轴电机70为伺服电机。系统使用十字平台结构相较与龙门平台结构具有更高的系统稳定性；所述激光切割头40安装在Z轴上，Z轴的伺服电机控制切割头上下运动来达到调节激光焦点的功能。
进一步的，所述控制模块20还用于在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线。所述引入线、引出线可以是直线引线也可以是圆弧引线。
所述控制器30还用于在激光切割头40位于引入线的路径上时启动激光切割头并完成激光切割头的运动加速；在激光切割头位于引出线的路径上时关闭激光切割头40并完成激光切割头的运动减速。由此，使得切割圆的过程为匀速运动，匀速运动情况下激光脉冲均匀的切割在圆周上，激光能量、脉冲频率保持恒定，从而提高切割圆的精度。
由于第一个激光脉冲信号能量较大，导致在切割起始位置出光时会产生较大能量，在圆的起点产生较大切痕，为了避免第一个脉冲对圆的影响，本发明通过添加引线，使得较大的激光脉冲能量切割在引线上，保证了圆切割的圆度。
为了提高相切点的精度，减少重复切割对相切点位置的精度产生影响，应尽量减少相切的范围，可使用圆弧作为切线方式，即，采用圆弧引入线、圆弧引出线较佳，通过圆弧引入引出减少了切割路径的重叠量，避免了激光重复切割统一轨迹对圆度的影响。
请参阅图4和图5，以1/4圆弧引线为例进行介绍：如图4所示，所述外引线（虚线所示）是指在圆的外部由一个与切割方向相反（一个逆时针，一个顺时针）的1/4圆弧（半径可定义）通过与切割圆（实线所示）相切的方向切入，并在完成一周运动后在切入点通过与切割方向相反的1/4圆弧（半径可定义）引出。如图5所示，所述内引线（虚线所示）是指在圆的内部由一个与切割方向相同的1/4圆弧（半径可定义）通过与切割圆（实线所示）相切的方向切入，并在完成一周运动后在切入点通过与切割方向相同的1/4圆弧（半径可定义）引出。
综上所述，本发明通过ACS控制器的精确控制实现高精度的圆弧插补运动，系统机械结构简单，易于提高装配精度，十字平台与Z轴伺服模组分离，减少X、Y轴运动对Z轴的影响，提高系统稳定性。通过增加的引线功能，有效的避免了第一个激光脉冲能量较大在切割产品边缘形成一个凹形缺口的问题，使得切割产品边缘的平整度更好，提高产品合格率，圆弧引线方式减少重复切割，提高切点精度，通过ACS控制器控制激光高效开关光，提高切割运动的稳定性，控制运动为匀速运动切割频率恒定。通过增加的光斑补偿功能，直接给定设定值，减少了反复修改图形而产生的工作量，该功能可以有效的控制切割圆的大小，提高产品合格率，并且适用其它规则与不规则图形，操作方便。
基于上述实施例提供的切割控制系统，本发明还提供一种激光切割设备的切割控制方法，请参阅图6，所述方法包括如下步骤：
S10、接收用户设置的切割图形。具体的，所述输入模块10接收用户设置的切割图形以及该切割图形的边界属性。
S20、在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并根据增大后的切割图形进行切割；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并根据减小后的切割图形进行切割。
所述步骤S20具体包括：
S210、所述控制模块20在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并将增大后的切割图形输出给控制器30；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形输出给控制器30。所述设定值为激光光斑的宽度。
S220、所述控制器30根据接收的切割图形，驱动激光切割头40进行切割。
所述步骤S20还包括：在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线；激光切割头在所述引入线的路径上启动，在引出线的路径上关闭。具体的，所述控制模块20在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线。所述控制器在激光切割头40位于引入线的路径上时启动激光切割头并完成激光切割头的运动加速；在激光切割头位于引出线的路径上时关闭激光切割头40并完成激光切割头的运动减速。
由于所述切割控制方法在上述切割控制系统的实施例中已详细阐述，在此不再赘述。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光切割设备的切割控制系统，其特征在于，包括：
输入模块，用于接收用户设置的切割图形；
控制模块，用于在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并将增大后的切割图形输出给控制器；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并将减小后的切割图形输出给控制器；
控制器，用于根据接收的切割图形，驱动激光切割头进行切割。
2.根据权利要求1所述的激光切割设备的切割控制系统，其特征在于，所述设定值为激光光斑的宽度。
3.根据权利要求1所述的激光切割设备的切割控制系统，其特征在于，所述控制模块还用于在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线。
4.根据权利要求3所述的激光切割设备的切割控制系统，其特征在于，所述，所述控制器还用于，在激光切割头位于引入线的路径上时启动激光切割头；在激光切割头位于引出线的路径上时关闭激光切割头。
5.据权利要求2所述的激光切割设备的切割控制系统，其特征在于，所述控制器为ACS控制器。
6.一种激光切割设备的切割控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、接收用户设置的切割图形；
B、在所述切割图形为产品的图形时，将所述切割图形的尺寸增大设定值，并根据增大后的切割图形进行切割；在所述切割图形为产品内部孔的图形时，将所述切割图形的尺寸减小设定值，并根据减小后的切割图形进行切割。
7.根据权利要求6所述的激光切割设备的切割控制方法，其特征在于，所述设定值为激光光斑的宽度。
8.根据权利要求7所述的激光切割设备的切割控制方法，其特征在于，所述步骤B还包括：在所述切割图形为圆形零件时，在切割图形上设置与切割图形外切的外引线；在所述切割图形为产品上的圆孔时，在切割图形上设置与切割图形内切的内引线；所述外引线和内引线均包括引入线与引出线；激光切割头在所述引入线的路径上启动，在引出线的路径上关闭。
9.一种激光切割设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的激光切割设备的切割控制系统。
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